Wiskundigen vinden oplossing om maximale capaciteit zonne-energie per huishouden te berekenen

Van 25 tot 29 januari 2010 vond op het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) in Amsterdam de 12e editie van de Studiegroep Wiskunde met de Industrie (SWI) plaats. Zeventig wiskundigen gingen een week aan de slag om te werken aan problemen die door vijf bedrijven aan de SWI waren gepresenteerd.

Publication date: 01-02-2010



Van 25 tot 29 januari 2010 vond op het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) in Amsterdam de 12e editie van de Studiegroep Wiskunde met de Industrie (SWI) plaats. Zeventig wiskundigen gingen een week aan de slag om te werken aan problemen die door vijf bedrijven aan de SWI waren gepresenteerd. De wiskundigen ontwikkelden onder meer een nieuw model dat de hoeveelheid energie uitrekent die een huishouden maximaal zelf kan opwekken met alternatieve energiebronnen.

Het probleem was aan de wiskunde-denktank voorgelegd door KEMA. Door decentrale opwekking van energie ontstaat er een tweerichtingsverkeer op het elektriciteitsnet. Elk huishouden wordt als het ware zelf energieleverancier. Omdat deze energie bij overcapaciteit niet kan worden opgeslagen kunnen netwerkproblemen ontstaan. Het netwerk raakt overbelast met het risico op uitschakeling. De wiskundigen brachten het probleem terug tot de kern en zochten vervolgens naar een manier om de kwestie wiskundig te modelleren. Zij ontwikkelden een nieuw model dat voor ieder huishouden in Nederland kan berekenen hoeveel zonnepanelen of andere energiebronnen maximaal kunnen worden ingezet. Deze oplossing maakt een brede toepassing van duurzame energie mogelijk.

Voor ESA, de Europese ruimtevaartorganisatie, zochten de wiskundigen naar een oplossing die satellietnavigatie in huis mogelijk maakt. Zij ontwikkelden een algoritme om met satellietnavigatie de positie van mensen binnenshuis nauwkeurig te bepalen. Dit is zeer complex omdat van slechts enkele gebruikers absolute bepalingen beschikbaar zijn. Van de overige gebruikers kan alleen de positie worden bepaald met behulp van relatieve afstanden met veel onzekere factoren. Met het algoritme is een nauwkeurige plaatsbepaling binnenshuis mogelijk. Satellietnavigatie in huis kan worden toegepast in onder meer route-informatie voor hulpdiensten en in winkelcentra. Het kan de brandweer de weg wijzen in een brandend gebouw en in winkelcentra kan satellietnavigatie bijvoorbeeld helpen een vermist kind op te sporen.

Naast de vraagstukken van KEMA en ESA hebben de wiskundigen zich ook gebogen over problemen van MARIN, Stork en Phytocare.

MARIN (het Maritime Research Institute Netherlands) zocht naar een oplossing om de sturing van thrusters vast te leggen en te optimaliseren. Een thruster is een speciaal soort scheepsschroef die bestaat uit acht motoren en die 360 graden kan draaien. Schepen die gebruik maken van dynamic positioning (een systeem dat automatisch hun koers en positie constant houdt) zijn uitgerust met thrusters. Zij zorgen er onder meer voor dat schepen en boorplatformen niet afdrijven op plekken waar niet geankerd kan worden. De wiskundigen ontwikkelden een algoritme waarin de automatische sturing van de thruster is vastgelegd zodat het schip of boorplatform in zijn goede oriëntatie wordt teruggezet. Hiermee wordt de aandrijfkracht van de thruster geoptimaliseerd en gaat het energieverbruik omlaag.

Stork bracht een probleem naar voren van heel andere orde en vroeg de wiskundigen hoe de 'flow' in vleesverwerkingmachines kan worden geoptimaliseerd. Om van een kip een kipschnitzel of kipnugget te maken wordt de vleesmassa door buizen geperst waarin het verschillende processen ondergaat. De druk waarmee de buizen gedurende het proces worden gevuld bepaalt de samenstelling en kwaliteit van het vlees. Als de druk bijvoorbeeld te hoog is bestaat het risico dat de kipnugget uiteindelijk niet in zijn juiste vorm wordt gegoten. De wiskundigen ontwikkelden een model dat dit proces beschrijft en waarmee het kan worden geoptimaliseerd.

Voor Phytocare, een bedrijf dat algen inzet om afvalwater van kassenbouw te ontdoen van bestrijdingsmiddelen, werd een model ontwikkeld dat de groei van algen voorspelt. Zowel teveel als te weinig algen werkt nadelig in het proces. Met het model kan de productie van algen en de vermindering van de hoeveelheid bestrijdingsmiddelen optimaal in het proces op elkaar worden afgestemd.

De organisatie van de SWI was dit jaar in handen van het CWI en is tot stand gekomen met steun van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), de Technologiestichting STW en het Koninklijk Wiskundig Genootschap (KWG).Kijk voor meer informatie op swi2010.cwi.nl